Physikalische Chemie. Peter W. Atkins

Чтение книги онлайн.

Übungsteil Fokus 1 – Die Eigenschaften der Gase

      Behandeln Sie alle Gase als ideal, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes verlangt ist. Thermochemische Daten sind für 298, 15K angegeben, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt ist.

      Diemit dem Symbol ‡ gekennzeichneten Aufgaben wurden von Charles Trapp und Carmen Giunta beigesteuert.

      Abschnitt 1.1 – Das ideale Gas

       Diskussionsfragen

      D1.1.1 Wie geht die Zustandsgleichung des idealen Gases aus der Kombination des Gesetzes von Boyle, des Gesetzes von Charles und des Avogadro-Prinzips hervor?

      D1.1.2 Erläutern Sie den Begriff „Partialdruck“. Warum ist das Gesetz von Dalton ein Grenzgesetz?

      Leichte Aufgaben

      L1.1.1a Geben Sie die Drücke (i) 108 k Pa in Torr, (ii) 0, 975 bar in atm an.

      L1.1.1b Geben Sie die Drücke (i) 22, 5 k Pa in atm, (ii) 0, 975 770 Torr in Pascal (Pa) an.

      L1.1.2a (i) Können 131 g gasförmiges Xenon in einem Gefäß mit dem Volumen 1, 0dm³ bei 25 °C einen Druck von 20 atm ausüben, wenn man ideales Verhalten des Gases annimmt? (ii)Wenn nicht, wie groß wäre der Druck?

      L1.1.2b (i) Können 25 g gasförmiges Argon in einem Gefäß mit dem Volumen 1, 5dm³ bei 30 °C einen Druck von 2, 0 bar ausüben, wennmanideales Verhalten des Gases annimmt? (ii)Wenn nicht, wie großwäre der Druck?

      L1.1.3a Durch isotherme Kompression wird das Volumen eines idealen Gases um 2, 20dm³ reduziert. Enddruck und -volumen des Gases sind 5, 04 bar bzw. 4, 65dm³. Berechnen Sie den Anfangsdruck des Gases (i) in bar, (ii) in atm.

      L1.1.3b Durch isotherme Kompression wird das Volumen eines idealen Gases um 1, 80dm³ reduziert. Enddruck und -volumen des Gases sind 1, 97 bar bzw. 2, 14dm³. Berechnen Sie den Anfangsdruck des Gases (i) in bar, (ii) in Torr.

      L1.1.4a Ein Autoreifen wurde an einem Wintertag bei –5 °C auf einen Druck von 3 bar (1 bar = 100 k Pa) aufgepumpt.Welchen Druckmisst man an einem folgenden Sommertag bei 35 °C, wenn der Reifen dicht ist und das Reifenvolumen konstant? Mit welchen Schwierigkeiten muss man in der Praxis rechnen?

      L1.1.4b Für eine Probe Wasserstoffgas wurde bei 23 °C ein Druck von 125 k Pa gemessen. Wie hoch ist der Druck des Gases bei 11 °C?

      L1.1.5a 255mg Neon haben bei 122K ein Volumen von 3, 00 dm³. Berechnen Sie den Druck des Gases unter Verwendung der Zustandsgleichung des idealen Gases.

      L1.1.5b Ein Hauseigentümer benötigt pro Jahr 4, 00 ×10³ m³ Erdgas zur Heizung seines Hauses. Angenommen, das Erdgas wäre reines Methan (CH₄) und dessen Verhalten wäre unter den gegebenen Bedingungen (1, 00 atm und 20 °C) ideal. Wie groß ist dann die Masse des verbrauchten Gases?

      L1.1.6a Bei 500 °C und 93, 2 k Pa ist die Dichte von Schwefeldampf 3, 710 kgm⁻³. Wie lautet die chemische Formel des Schwefelmoleküls bei diesen Bedingungen?

      L1.1.6b Bei 100 °C und 1, 60 k Pa ist die Dichte von Phosphordampf 0, 6388 kgm⁻³. Wie lautet die chemische Formel des Phosphormoleküls bei diesen Bedingungen?

      L1.1.7a Berechnen Sie die Masse des Wasserdampfanteils der Luft in einem Zimmer des Volumens V = 400m³ bei 27 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60%. Hinweis: Unter der relativen Luftfeuchtigkeit versteht man den vorherrschenden Partialdruck des Wasserdampfs ausgedrückt als Prozentsatz des maximal möglichen Partialdrucks des Wasserdampfs bei derselben Temperatur (in diesem Fall 35, 6 mbar).

L1.1.7b Berechnen Sie die Masse des Wasserdampfanteils der Luft in einem Zimmer des Volumens V = 250m³ bei 23 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 53% (in diesem Fall beträgt der maximal mögliche Partialdruck des Wasserdampfs 28, 1mbar).

      L1.1.8a Die Dichte von Luft bei 0, 987 bar und 27 °C ist 1, 146 kgm⁻³. Berechnen Sie den Molenbruch und den Partialdruck von Stickstoff bzw. Sauerstoff unter der Annahme, dass Luft (i) nur aus diesen beiden Gasen besteht oder (ii) außerdem 1, 0 Mol-% Argon enthält.

      L1.1.8b Ein Gasgemisch besteht aus 320mg Methan, 175mg Argon und 225mg Neon. Der Partialdruck von Neon bei 300K ist 8, 87 k Pa. Berechnen Sie (i) das Volumen und (ii) den Gesamtdruck des Gemisches.

      L1.1.9a Die Dichte einer gasförmigen Verbindung bei 330K und 20 k Pa beträgt 1, 23 kgm⁻³. Wie groß ist die Molmasse der Verbindung?

      L1.1.9b Zur Bestimmung seiner molaren Masse wurden 250 cm³ eines Gases in einem Glasgefäß eingeschlossen. Der Druck betrug 152 Torr bei 298 K, als Masse des Gases wurden nach Auftriebskorrektur 33, 5mg gemessen. Wie groß ist die gesuchte Molmasse?

      L1.1.10a Die Dichte von Luft bei –85°C, 0°C und 100 °C beträgt 1, 877 g dm⁻³, 1, 294 g dm⁻³ bzw. 0, 964 g dm⁻³. Berechnen Sie aus diesen Daten und unter Annahme der Gültigkeit des Gesetzes von Charles den absoluten Nullpunkt der Temperatur in °C.

      L1.1.10b Eine Gasmenge habe ein Volumen von 20, 00 dm³ bei 0 °C und 1, 000 atm. Die Auftragung der experimentell gemessenen Werte des Volumens in Abhängigkeit von der Celsius-Temperatur θ bei konstantem Druck p ergibt eine Gerade mit der Steigung 0, 0741 dm³ (°C)^–1. Berechnen Sie allein aus diesen Daten, ohne Verwendung der Zustandsgleichung des idealen Gases, den absoluten Nullpunkt der Temperatur in °C.

      L1.1.11a Ein Gefäß mit einem Volumen von 22, 4 dm³ enthält 2, 0 mol H₂ und 1, 0mol N₂ bei 273, 15 K. Berechnen Sie (i) die Molenbrüche beider Anteile, (ii) ihre Partialdrücke, (iii) den Gesamtdruck.

      L1.1.11b Ein Gefäß mit einem Volumen von 22, 4 dm³ enthält 1, 5 mol H₂ und 2, 5mol N₂ bei 273, 15 K. Berechnen Sie (i) die Molenbrüche beider Anteile, (ii) ihre Partialdrücke, (iii) den Gesamtdruck.

      Schwerere Aufgaben

      S1.1.1 Ein Manometer besteht aus einem U-Rohr, das eine Flüssigkeit enthält. Ein Schenkel ist mit der Anordnung verbunden, in der man den Druck messen will; der andere Schenkel ist zur Atmosphäre hin offen. Der Druck pinnerhalb der Apparatur ist durch p = p_ex + ρgh gegeben; dabei ist p_ex der äußere (Atmosphären-) Druck, ρ(rho) ist die Dichte der verwendeten Flüssigkeit, g = 9, 806 m s⁻² ist die Beschleunigung des freien Falls und h ist die Differenz der Flüssigkeitsstände СКАЧАТЬ